Rendering: wat het is, waarom het nodig is en hoe het werkt

Rendering is het proces waarbij een vlakke rasterafbeelding (of een reeks van meerdere van dergelijke afbeeldingen) wordt gemaakt op basis van 2D- of 3D-gegevens, namelijk modellen en scènes die door de auteur (kunstenaar, modelleur, motion designer, enz.) zijn gemaakt.

Dit proces kan worden gestart en uitgevoerd met gespecialiseerde software, die modellen en scènes omzet in een plat beeld. Tijdens het werk van dergelijke software worden complexe berekeningen gemaakt, dus voor rendering is krachtige en dure professionele apparatuur nodig. En hoe beter deze techniek is, hoe minder tijd het kost om de uiteindelijke afbeelding te maken en hoe beter het resultaat bij de uitvoer zal zijn.

Hoe werkt 3D rendering in het algemeen? De rendering engine voert een groot aantal berekeningen uit volgens vooraf gedefinieerde algoritmes. Op basis van wiskundige gegevens over scènes en modellen die de auteur in de software heeft gemaakt, worden ze stap voor stap verwerkt en omgezet in een plat beeld.

Tijdens het verwerken krijgen modellen scherpe lijnen, kleuren en tinten, realistische schaduwen en reflecties door de fysica en locatie van andere objecten in de scène. Zo wordt hun uiterlijk compleet en heel, elke pixel van het beeld wordt afgerond. En de kunstenaar ziet het resultaat dat hij eerder in zijn hoofd had “getekend”.

Als het beeld klaar is, kan het op verschillende manieren worden gebruikt – gepresenteerd zoals het is of geïntegreerd in een videosequentie. Dit hangt af van het project en de taak waarvoor het werk is gedaan.

Bij Videozaitz maken we sinds 2013 geanimeerde video’s en 3D-visualisaties. In die tijd hebben we meer dan 700 video’s voor verschillende doeleinden geproduceerd en kennen we alle fijne kneepjes van het ontwikkelen en produceren van commercials.

Soms ontvangen we bewerkingen voor een videopresentatie van klanten 10 minuten voor het evenement waar de video nodig is. We kunnen ze niet meteen maken, want nadat de bewerkingen zijn gemaakt, moet er gerenderd worden. Gemiddeld duurt dat een uur tot tien uur. En als het project complex is, kan het veel langer duren. Wat 3D rendering is en waarom je niet zonder kunt, vertellen we je in ons artikel.

Waarom 3D rendering nodig is en in welke gebieden het wordt gebruikt

Rendering is nodig om complexe processen te visualiseren, ze visueel en van binnenuit te laten zien, maar ook om objecten te modelleren en ideeën te presenteren waarvoor de mogelijkheden van conventionele kantoorsoftware ontoereikend zijn.

Dit kan nuttig zijn bij het ontwerp van constructies en gebouwen, de ontwikkeling van onderdelen voor diverse apparaten en toestellen (en de apparaten en toestellen zelf) en diverse producten. In principe wordt dit alles gebruikt in de productie, interieurontwerp, industrieel ontwerp, architectuur, engineering, enz. – overal waar het eindproduct tastbaar is. Of moet worden gevisualiseerd zodat de voordelen en toepassingskenmerken voor iedereen duidelijk worden.

En zonder rendering zou het onmogelijk zijn om videogames, cartoons en films te maken met de meest indrukwekkende, “levende” en realistische graphics. Afhankelijk van het idee van de kunstenaar worden modellen en scènes gemaakt in de gewenste stijl tot hyperrealisme – wanneer het moeilijk is om een met de computer gemodelleerd beeld te onderscheiden van een foto.

Rendering wordt ook gebruikt bij videoproducties. De meest spectaculaire, memorabele videoreclames, die het publiek in verrukking brengen en jarenlang het visitekaartje van de klant zijn, worden gemaakt met behulp van krachtige renderers (gespecialiseerde software) door professionele 3D-kunstenaars en hele teams van andere specialisten.

Lees een gedetailleerd artikel over de toepassing van 3D-animatie in het bedrijfsleven

Wat je moet weten om je te verdiepen in rendering

Om een basisbegrip van het onderwerp te krijgen en te beginnen werken in gespecialiseerde software, is het belangrijk om de basisterminologie, types en methoden van rendering te begrijpen. Dit zal je helpen om veel tijd te besparen bij het werken in de software.

Wat gaat er vooraf aan rendering en in welk stadium van het werk is het nodig?

In projectwerk wordt rendering voorafgegaan door vier stappen.

1. projectanalyse. In dit stadium worden beslissingen genomen over het renderen van het object – of het nodig is en waarom, of de geplande kosten voor middelen gerechtvaardigd zijn of zonder rendering kunnen. Ze zijn gerechtvaardigd als er een doel is dat onbereikbaar of moeilijk te bereiken is zonder rendering.

Bijvoorbeeld het ontwerpen van een gebouw of een complex product dat gevisualiseerd moet worden voordat het productieproces van start gaat. Of het maken van een videopresentatie voor een bedrijf met een complex product / een groot aantal activiteiten, waar moeilijk in een paar minuten over te vertellen is. Alleen een vakkundig geconstrueerde video met hoogwaardige 3D-graphics en een sterke verhaallijn kan deze taak aan.

2. Ontwerp. Definieer de kenmerken van het afgewerkte object: kleur, textuur, hoeken, verlichting, omgeving, enz. Alles wat te maken heeft met het uiterlijk.

Hoe complexer het product, hoe doordachter en voorzichtiger we moeten zijn: het is belangrijk dat de manier waarop we het object afbeelden niet in tegenspraak is met de eigenschappen en het gebruik ervan. En hoe dichter bij de werkelijkheid we het afbeelden, hoe makkelijker het zal zijn om ons idee te communiceren en onze collega’s, investeerders of potentiële klanten erover te vertellen.

3. modelleren. 3D-modellering is het proces van het creëren van een driedimensionale digitale weergave van een object. Met behulp van speciale software stelt de kunstenaar de locatie van hoekpunten van gemodelleerde objecten in en tekent hij randen van figuren. Er worden polygonen gevormd – convexe polygonen, die bestaan uit meerdere onderling verbonden punten in de ruimte en randen vormen. Samen vormen de hoekpunten, randen en vlakken een polygonale mesh van het object.

4. Naast polygonen kunnen splines (gebogen lijnen) – bogen, Bézier oppervlakken, enz. – gebruikt worden om objecten te modelleren. – Het grootste deel van het werk wordt echter meestal gedaan met polygonen.

Om het modelleren van objecten te versnellen, worden primitieven gebruikt. Dit zijn kant-en-klare vereenvoudigde basiselementen – geometrische figuren, vormen en typische verbindingen, op basis waarvan complexere modellen worden verkregen.

In de modelleringsfase stelt de kunstenaar eigenschappen in voor elk object, bepaalt hij welke hoekpunten in een gemeenschappelijk vlak moeten liggen en welke in verschillende vlakken. Creëert zoveel polygonen als nodig zijn voor het vereiste detailniveau van het object – afhankelijk van de taak en het idee. Beslist hoe en welke texturen worden toegepast, bepaalt fysieke eigenschappen (massa, elasticiteit, enz.).

Op het gebied van modelleren worden lichtbronnen en virtuele camera’s geregeld, speciale effecten toegevoegd en animatie gemaakt indien nodig (dit is een apart groot onderwerp). Dit alles vormt een billet, die na het renderen zal veranderen in een volwaardige afbeelding.

Wat gebeurt er met modellen en scènes tijdens het renderen?

Aan het begin van dit artikel hebben we in algemene termen beschreven hoe rendering werkt. Nu zullen we in detail ingaan op elke fase van dit proces. We zullen je ook vertrouwd maken met de termen – je moet ze kennen om je in het onderwerp te verdiepen.

Dit is wat er gebeurt tijdens het renderen (in het kort).

Het uiterlijk van objecten wordt realistisch, oppervlakken worden getransformeerd en er verschijnt kleur. Als je naar het model van een object kijkt voordat het wordt gerenderd, is het onmogelijk om de materialen waarvan het is gemaakt te benoemen. Na bewerking wordt dat wel mogelijk. Het object en elk element kan gemaakt zijn van hout of metaal; plastic of glas; mat of glanzend, enz.

De belichting en het stralenpad worden gespecificeerd. Licht speelt een zeer belangrijke rol wanneer we streven naar een realistische weergave van een object. Zonder fysisch correcte reflectie en breking van stralen en schaduwmapping zou het moeilijk zijn om dit te bereiken. Tijdens het renderen wordt dit alles berekend met bestaande algoritmen en toegepast op elk object en elke scène.

Schaduwen en reflecties verschijnen. Afhankelijk van de rendermethode worden hun aantal en mate van realisme bepaald.

Wat betekent renderen? In het jargon van 3D-kunstenaars betekent renderen het verkrijgen van een bewerkte afbeelding wanneer alle renderinstellingen zijn ingesteld en de laatste fase overblijft – de visualisatie zelf. Dit vindt plaats in de loop van complexe rekenprocessen.

Na al deze stappen legt de3D-kunstenaar de laatste hand en laat hij het resultaat (of verschillende varianten van het resultaat ter vergelijking) zien aan de art director of de klant, waarbij hij indien nodig correcties aanb rengt.Als alles akkoord is, wordt de definitieve versie opgeslagen in het gekozen formaat.

Wat een beginnende 3D-kunstenaar moet weten: rendermethoden, modi en meer

Er zijn twee rendermodi.

Real-time rendering . Het wordt voornamelijk gebruikt in interactieve en game-graphics, waar beelden op hoge snelheid worden verwerkt en onmiddellijk als een volledig beeld op het scherm verschijnen.

De minimale verwerkingssnelheid in dergelijke gevallen is 25 frames per seconde, gemiddeld – 60, uitstekend – 120. Als de snelheid lager is dan 25 frames per seconde, veranderen de frames zo langzaam dat de gebruiker er aandacht aan besteedt. Het spelen van het spel wordt ongemakkelijk.

Bij realtime rendering wordt de videokaart zwaar belast (hierdoor wordt de rekenkracht van de hardware ontlast en kan deze voor andere taken worden gebruikt). Hoe beter de eigenschappen van de videokaart, hoe hoger de rendersnelheid en hoe meer grafisch veeleisende games de hardware aankan.

Prerendering . Het wordt gebruikt wanneer detail en realisme van de afbeelding prioriteit hebben en de behoefte aan hoge verwerkingssnelheid niet zo belangrijk is. Dit is het geval bij de ontwikkeling van complexe grafische modellen en scènes. Dit is relevant bij het maken van cartoons, 3D reclamevideo’s en speciale effecten in de bioscoop.

Als we het hebben over 3D rendering in het algemeen, bedoelen we meestal pre-rendering.

Het kost Pixar trouwens een uur om één frame van een animatiefilm te renderen in hun renderfarm. Dit is in de veronderstelling dat Pixar de krachtigste renderfarms ter wereld heeft. Stel je eens voor hoe lang het duurt om de graphics voor zo’n hele film te maken!

Bij pre-rendering worden de berekeningen doorgaans niet meer uitgevoerd door de videokaart, maar door de centrale verwerkingseenheid (of processors). De snelheid wordt beïnvloed door de eigenschappen – microarchitectuur, frequentie, aantal kernen, cachegeheugen, enz.

In termen van grafische verwerkingsfuncties zijn er twee soorten rendering.

Bij single-threaded rendering worden berekeningen synchroon uitgevoerd in een enkele thread. Het is geschikt voor het maken van eenvoudige scènes met een lage mate van realisme.

Multithreaded rendering is wanneer berekeningen in verschillende threads afzonderlijk worden uitgevoerd. In één doorgang worden bijvoorbeeld alleen schaduwen verwerkt, in een andere doorgang alleen reflecties en in de derde doorgang alleen kleuren. Vervolgens wordt dit alles gecombineerd in gespecialiseerde software en, indien nodig, laag voor laag gecorrigeerd (vergelijkbaar met Photoshop). Een dergelijke rendering wordt gebruikt om scènes te maken met een hoge mate van detail en realistische objecten.

Voordat we naar rendermethoden kijken, introduceren we eerst de term Rasterisatie.

Rasterisatie is een proces dat de vectorbeschrijving van een object omzet in een rasterbeschrijving. Elk model op de scène bestaat uit vectorobjecten (wiskundig beschreven): driehoeken, krommen, oppervlakken van hogere ordes, enz. Tijdens het renderen wordt de vectorafbeelding omgezet in beeldpixels. Het resultaat wordt weergegeven op het scherm en/of weggeschreven naar een bestand op schijf.

Laten we nu eens kijken naar de rendermethoden.

Scanline is een soort rasterisatie en een algoritme voor het bepalen van het zichtbare oppervlak. In plaats van pixel per pixel of polygoon per polygoon te scannen, wordt een object lijn per lijn gescand. De scanlijn gaat van boven naar beneden en bepaalt welke primitieven hij al dan niet doorsnijdt, waarbij alleen de coördinaten van de doorsneden hoekpunten naar het werkgeheugen worden vertaald.

Het wordt gebruikt voor ruwe rendering en real-time rendering. De methode stelt je in staat om een afgewerkt resultaat te krijgen met weinig verwerkingstijd.

Het is echter belangrijk om te beseffen dat rasteren alleen niet genoeg is. Door het ene ding in het andere te veranderen, houdt deze methode geen rekening met de fysica. Dat wil zeggen, er zullen geen schaduwen, geen stralen, geen reflecties, geen verstrooid mooi licht in de afbeelding zijn na rastering. Maar zonder deze elementen wordt er geen realisme bereikt en zal de kijker de kunstenaar niet geloven. Vooral als we fotorealisme willen bereiken.

Ray Casting is een methode die het vaakst wordt gebruikt bij real-time rendering, de ontwikkeling van videogames en eenvoudige animaties voor tekenfilms. Zoals we al hebben gezegd, is beelddetail in dergelijke gevallen geen prioriteit. Objecten zien er minimaal bewerkt uit, alsof ze “mat” zijn, vlak, niet volumetrisch. Rackcasting is handig als je veel frames tegelijk moet renderen met minimale tijd en bij gebrek aan krachtige hardware.

Hoe het werkt. De artiest stelt het gezichtspunt en de lichtbronnen in de scène in. De richting van de lichtstralen wordt berekend met algoritmes en op basis daarvan worden hun snijpunten bepaald. En op basis van de snijpunten wordt bepaald wat zichtbaar is en wat niet zichtbaar is vanuit het geselecteerde gezichtspunt.

Vormen in een afbeelding worden pixel voor pixel of rij per rij geanalyseerd. Hierbij wordt niet alleen bepaald wat zichtbaar en onzichtbaar is vanuit het gezichtspunt, maar ook de kleuren van de pixels.

Radiosity – Bij deze methode verlicht het gereflecteerde licht het gebied rond het oppervlak en worden de verstrooide stralen in meerdere richtingen gereflecteerd. Hierdoor ziet de arcering er realistisch uit. Deze methode bootst in wezen na hoe oppervlakken indirecte lichtbronnen worden voor andere oppervlakken wanneer ze worden verlicht.

Radiosity creëert realistische schaduwen die de verstrooiing van licht in echte scènes nabootsen. Verstrooid licht van een bepaald punt op een bepaald oppervlak wordt gereflecteerd in een breed spectrum en verlicht de gevisualiseerde ruimte. In combinatie met Ray Tracing (we zullen het verderop over deze methode hebben) kan hiermee een zeer hoog realisme worden bereikt.

Radiosity is populair voor real-time rendering, videogames en animatie. Objecten die moeilijk licht reflecteren kunnen tijdens de verwerking worden vervangen door eenvoudigere objecten van vergelijkbare grootte en textuur, waardoor de verwerking van de hele afbeelding wordt versneld.

Bovendien worden de gegevens die zijn verkregen uit de strooilichtsimulatie met de Radiosity-methode opgeslagen en kunnen ze van het ene frame naar het andere worden gekopieerd, waardoor de algehele rendertijd wordt verkort.

Ray Tracing is een simulatie van lichtstralen, het pad dat ze nemen, waar ze vallen, hoe ze worden gereflecteerd, gebroken, hoe schaduwen worden gevormd, welke oppervlakken zichtbaar blijven en welke onzichtbaar worden.

In wezen simuleert het de ontmoeting van een gerichte straal met oppervlakken in de scène. Uiteindelijk, na alle instellingen en berekeningen, verandert elke pixel van kleur, afhankelijk van zijn locatie in de scène. Dit is een resource-intensief en tijdrovend proces waarmee je een resultaat van zeer hoge kwaliteit krijgt en maximaal fotorealisme bereikt.

Hoe werkt het? Een straal ontmoet een object, een oppervlak en valt uiteen in drie meer – gereflecteerd, schaduw en gebroken. Afhankelijk van het aantal gerichte stralen en stralen die gevormd worden na het berekenen van hun pad, wordt de diepte van de tracering bepaald. Deze parameter bepaalt hoe fotorealistisch de uiteindelijke afbeelding zal zijn na visualisatie.

Het is belangrijk om te begrijpen dat dit proces niet volledig kan worden gerealiseerd op hardware met laag vermogen. Als we het hebben over real-time rendering, dan is het moeilijk om zulke berekeningen uit te voeren, omdat het niet snel kan gebeuren.

Prachtige korte inserts met lichtspel, die de kijker in verrukking brengen, in videogames, speciale effecten met licht in reclame en 3D-cartoons en -films – het resultaat van deskundige toepassing van ray tracing.

Oplossingen voor rekenoptimalisatie worden momenteel ontwikkeld en getest. In de nabije toekomst zal Ray Tracing op grotere schaal worden gebruikt vanwege de toenemende prestaties van grafische kaarten.

Path Tracing – met deze methode komt het gedrag van licht in scènes het dichtst bij de werkelijkheid. En als gevolg daarvan is het de meest resource-intensieve methode in 3D rendering. In tegenstelling tot de ray tracing methode, gaat deze methode meer in op de fysica van de voortplanting van lichtstralen.

Wat is het verschil tussen path tracing en ray tracing? Bij ray tracing wordt het gedrag van licht en de opsplitsing van elke straal in zijn componenten direct bepaald op het moment van botsing met het diffuse oppervlak. Bij path tracing wordt elke straal willekeurig gegenereerd binnen de hemisfeer van elk afzonderlijk object. De straal wordt dan getraceerd tot het moment van kruising met de lichtbron. Bovendien mag dit moment zich niet voordoen. Dat wil zeggen, tot dit moment kan de straal verschillende diffuse oppervlakken snijden.

Simpel gezegd komt path tracing zo dicht mogelijk bij het echte leven – waar de “reis” van het licht doorgaat totdat de stralen worden geabsorbeerd door het menselijk oog, de camera en andere objecten. Vergeleken met ray tracing is deze methode wiskundig gezien ingewikkelder. Bovendien volgt deze methode een enorm aantal stralen.

Perspectiefprojectie – deze methode zorgt ervoor dat objecten op afstand kleiner lijken in vergelijking met objecten dichter bij de virtuele camera. Perspectiefprojecties zijn nodig voor de juiste plaatsing van objecten in scènes.

Orthografische projectie, waarbij objecten langs parallelle lijnen loodrecht op de tekening worden bekeken, wordt gebruikt bij modelleren wanneer precieze metingen en behoud van alle verhoudingen en details van het driedimensionale beeld vereist zijn. Het is meestal relevant in wetenschappelijke, technische en technische gebieden

Hier zijn nog een paar termen die handig zijn om te weten als je je in het onderwerp verdiept. Dit zijn meestal functies die worden gevonden in rendersoftware, en er zijn er nog veel meer naast de beschreven functies.

Resolutieoptimalisatie. De beeldresolutie in 3D rendering is afhankelijk van het aantal pixels. Hoe hoger het aantal pixels per inch, hoe scherper en duidelijker het beeld zal zijn. Welke resolutie je moet kiezen, hangt af van hoe realistisch en kwalitatief hoogwaardig het beeld is dat de artiest bij de uitvoer wil hebben.

Schaduw. Het gedrag van licht op een oppervlak. Dit renderproces berekent de kleur van objecten in de scène vanuit een bepaald gezichtspunt.

Texture mapping definieert de oppervlaktestructuur, kleur en details op het oppervlak. Met de juiste texture mapping kun je het aantal polygonen en belichtingsberekeningen verminderen bij het bouwen van een fotorealistische scène. Textuuroptimalisatie is vooral belangrijk bij realtime rendering.

Z-buffering wordt gebruikt in software of hardware om de renderingsefficiëntie te verbeteren bij het berekenen van de afstand van een object tot de kijker. Met de juiste toepassing van Z-buffering en dieptemappen kunnen de scherptediepte, het reliëf, de volumetrie en het realisme van de uiteindelijke afbeelding worden verbeterd tijdens de nabewerking.

Een Depth-map is een afbeelding die informatie opslaat over de afstand van het oppervlak van elk object tot de virtuele camera en het geselecteerde gezichtspunt in plaats van de kleurinformatie van de kleurpixel.

Hoe maximaliseer je fotorealisme in rendering

Streef er niet naar om oppervlakken perfect glad af te beelden. Kijk goed naar elk oppervlak om je heen in de echte wereld. Je zult stof, vegen, krassen, vuil, olievlekken en andere onvolkomenheden zien. Probeer ze te reproduceren in plaats van niet-bestaande perfectie te vermijden en na te streven – dit zal je afbeelding dichter bij de realiteit brengen en overtuigender maken.

Voeg onvoorspelbaarheid toe bij het modelleren van scènes. Draai, schaal en plaats objecten zodat ze anders staan in plaats van verdacht veel op dezelfde afstand van elkaar en in dezelfde positie ten opzichte van de virtuele camera. Experimenteer met ruis, schaduwen, tonen, zachte en grove lijnen en de kijker zal je geloven.

Onvoorspelbaarheid is belangrijk, zelfs bij het modelleren van interieurs. Bekijk in deze video hoe verschillend objecten zijn gerangschikt:

Streef ernaar om fysiek mogelijke verlichting op het podium te creëren. Natuurlijk hoeft het podium niet per se de werkelijkheid na te bootsen. Je kunt en moet fantasierijk zijn, want het is voor de mogelijkheid om fantasieën te realiseren dat veel mensen van 3D-graphics en rendering houden. Er is echter nog niemand met een betere manier gekomen om het gedrag van licht weer te geven dan de manier waarop het zich in de echte wereld gedraagt na te bootsen en te benadrukken.

Het menselijk oog kan dit anders waarnemen, om nog maar te zwijgen over de temperatuur van het licht. Dit gebeurt omdat onze ogen zich aanpassen aan verschillende situaties, waardoor de manier waarop we de wereld om ons heen waarnemen verandert.

Hier zijn enkele aanbevelingen voor instellingen van de lichttemperatuur:

• bewolkte lucht – 6.500 kelvin;
• de middagzon 5.500 kelvin is;
• ochtend- of avondzon – 4.000 kelvin;
• gewone gloeilampen – 3.000 kelvin;
• de kaars is 1.800 kelvin.

Verwaarloos ook de schaduwen niet. Schaduwen kunnen een geweldige manier zijn om contrast te benadrukken en kunnen worden gebruikt als compositorisch element om de kijker naar het focuspunt te leiden. Veel beginnende kunstenaars vermijden ze, en daar is een goede reden voor.

Voeg wat mist toe om een speciale sfeer te creëren. Dit maakt de scène niet alleen realistischer, maar helpt ook om de compositie als geheel te verbeteren. Door het contrast van de achtergrond te verminderen, creëer je een gevoel van diepte. Maar ook hier is het belangrijk om de maat te kennen. Als je bijvoorbeeld een dikke laag mist toevoegt aan een zonnige middag, zal het effect net het tegenovergestelde zijn.

Spreid highlights uit. Fotografen proberen ze te vermijden, maar in 3D maken ze de scène realistischer als ze met mate worden gebruikt. Omgekeerd geeft een overdaad aan highlights letterlijk aan dat de scène fictief is. Ook in dit geval is de omgeving de beste aanwijzing.

Vergeet het schalen en de verhoudingen niet. Anders ziet zelfs de grafisch meest complexe scène er nep uit. Hier zijn enkele richtlijnen die nuttig kunnen zijn voor beginners:

• de standaardlengte van het voertuig is 450 cm;
• de vloerhoogte van het gebouw is ongeveer 300 cm;
• vloer tot plafondhoogte – 240 cm;
• mensen – 163 cm (vrouwen) en 176,5 cm (mannen);
• hoogte van het aanrecht – 90 cm;
• hoogte van een bureau of eettafel – 74 cm;
• baksteen – 22,5 x 7,5 cm.

Laat je inspireren door foto’s. Dit kan nuttig zijn tijdens het visualisatieproces. Fotografische portretten en landschappen kunnen helpen om de juiste sfeer in je scène te creëren, de compositie te verbeteren, de juiste kleuren te kiezen en texturen en realistische verlichting weer te geven.

Besteed voldoende aandacht aan de achtergrond. De achtergrond bepaalt de algehele sfeer van de scène, dus het is belangrijk om deze zo dicht mogelijk bij de werkelijkheid te laten lijken, harmonieus en in het algemeen aangenaam voor het oog.

Hier zijn een paar tips om in gedachten te houden bij het maken van een achtergrond:

• Vermijd oververzadigde en onnatuurlijke kleuren;
• Overlaad de hemel niet met extra elementen;
• Houd rekening met de richting van het zonlicht;
• zoek naar het juiste perspectief;
• wees niet bang om te vereenvoudigen.

De details van de echte wereld weerspiegelen. In het leven zijn oppervlakken bijna nooit helemaal leeg. Kijk om je heen en probeer te ontdekken welke details die in de echte wereld bestaan, niet terugkomen in je scènes. Rozetten? Droge bladeren op de grond? Bloembedden? Er kunnen veel van deze dingen zijn.

3D-weergaveprogramma’s: overzicht

Bij het kiezen van renderingsoftware is het belangrijk om te begrijpen dat er software is die direct gericht is op rendering (d.w.z. de eindverwerking van afgewerkte modellen) en software die oorspronkelijk is ontworpen voor 3D-modellering, maar renderfunctionaliteit bevat (of rendering wordt geleverd als een plug-in). Ons overzicht bevat beide oplossingen.

Als je een beginner bent, kun je het beste beginnen met programma’s die renderers voorgeïnstalleerd hebben.

Directe oplossingen voor rendering

Arnold

Met dit programma kun je verbluffende resultaten behalen als je ray tracing toepast. Het is CPU-gebaseerd (de rekenkracht ligt op de CPU), geschikt voor real-time rendering.

Een van de beste oplossingen als je een hoge mate van fotorealisme en zelfs hyperrealisme wilt bereiken in de afbeelding van objecten, en als je speciale effecten wilt gebruiken. De software wordt gekenmerkt door een intuïtieve interface. Het is speciaal ontwikkeld voor VFX Sony Pictures Imageworks.

Wordt gebruikt als plug-in voor Cinema 4D, 3ds Max, Houdini, Katana, Maya en Softimage.

Besturingssystemen: MacOS, Windows, Linux

Prijs: vanaf $45 per maand, er is een proefversie.

Clarisse

Deze geavanceerde software werd gekozen tijdens het maken van de Star Wars film. Een uitstekende oplossing voor professioneel gebruik, ook in studio’s. Hiermee kan het visualisatieproces worden versneld doordat het maken, weergeven en belichten van scènes rechtstreeks vanuit de bibliotheek gebeurt.

In het geval van dit programma kan de hardware zowel CPU (berekeningen op de processor) als GPU (berekeningen op de videokaart) zijn.

Alleen standalone te gebruiken (geen plug-in voor 3D-modelleringssoftware).

Besturingssystemen: MacOS, Windows, Linux

Prijs: vanaf $59 per maand, er is een proefperiode.

Enscape

Deze software is ontworpen voor realtime rendering en wordt meestal gebruikt in de architectuursector, wanneer een professional zijn werk moet demonstreren in de vorm van een VR-presentatie. Je kunt er een hoog realisme mee bereiken, met modi als schets, piepschuim en papier. Tijdens het ontwerpproces is het met deze software mogelijk om direct te controleren hoe wijzigingen in het ontwerp worden weergegeven.

In het geval van deze software worden de berekeningen uitgevoerd door de grafische kaart (GPU Rendering).

Het wordt gebruikt als plugin voor professionele 3D-modelleringssoftware die populair is onder architecten – ArchiCAD, Revit, Rhino, SketchUp.

Besturingssystemen: Windows

Prijs: vanaf $69 per maand, er is een proefperiode.

Guerrilla Render

Met dit programma kun je fotorealistische frames maken, prachtige lichtverspreiding en een voorbeeld van het voorlopige resultaat bekijken voordat je het frame verzendt om te renderen en laag voor laag met de afbeelding werken.

… Ook voor freelance artiesten, studenten en freelancers is deze software helemaal gratis!

De berekeningen in het renderproces worden uitgevoerd door de CPU (CPU Rendering).

Wordt gebruikt als plug-in voor Maya.

Besturingssystemen: Linux en Windows

Prijs: vanaf 280€.

Iray

Zelfs beginners die net beginnen met het vak en vertrouwd raken met de basis visualisatiemethodes kunnen met deze software renderen. De software is ook geschikt voor ontwerpers die in de fotorealisme stijl werken en een balans willen vinden tussen kwaliteit en prijs.

De software is oorspronkelijk ontworpen voor realtime rendering en bevat functionaliteit voor het aanpassen van licht, de bronnen, oppervlakteverstrooiing en reflectie, terwijl de fysica van de processen behouden blijft.

De software is ontworpen voor NVidia grafische kaarten, de berekeningen worden uitgevoerd op de grafische kaart (GPU Rendering). Zeer eenvoudig te gebruiken.

Wordt gebruikt als plugin voor de populairste 3D-modelleringsoplossingen – 3ds Max, Maya, Cinema 4D en Rhinoceros.

Besturingssystemen: Windows en MacOS

Prijs: vanaf $295 per jaar.

LuxRender

OpenSource software voor rendering. Ondanks het feit dat deze oplossing gratis is, kan de functionaliteit van de software concurreren met commerciële oplossingen. Je kunt er fotorealistische scènes mee maken, terwijl je de rendertijd verkort (als je een bepaalde modus kiest). Er zijn veel speciale effecten voor het aanpassen van licht en niet alleen.

De berekeningen worden uitgevoerd door de grafische kaart (GPU Rendering).

Wordt gebruikt als plug-in voor veel bekende 3D-modelleringsprogramma’s, waaronder 3ds Max, Cinema 4D, DAZ Studio, Maya, Blender en Poser.

Besturingssystemen: MacOS, Windows, Linux

Prijs: gratis.

Penseelmuis gereedschapstas

Dit is de beste en krachtigste tool voor gameontwikkelaars en iedereen die hierin geïnteresseerd is. Het integreert met Unreal Engine en Unity. De voordelen van deze software zijn de mogelijkheid om zeer realistische texturen en animaties te maken met hoge prestaties, terwijl je de tussenresultaten in een apart venster kunt bekijken als voorvertoning.

Ook met deze software kunnen 3D-kunstenaars een portfolio zo ontwerpen dat grafisch complexe projecten kunnen worden bekeken door gebruikers van gewone browsers, zonder problemen te ondervinden bij het laden.

De berekeningen worden uitgevoerd door de grafische kaart (GPU Rendering).

Alleen gebruikt als zelfstandige tool, geen plug-in als plug-in.

Besturingssystemen: MacOS, Windows

Prijs: vanaf $189.

V-Ray

Een van de beste 3D renderingsoftware, waarmee je uitstekende resultaten kunt behalen met een hoge verwerkingssnelheid. Het is geschikt voor zowel beginners als ervaren 3D-artiesten. De functionaliteit is erg breed, maar zeker de moeite waard voor degenen die gepassioneerd zijn over het werken met 3D-afbeeldingen.

Berekeningen kunnen zowel op de processor als op de grafische kaart worden uitgevoerd.

Het wordt gebruikt als plug-in voor veel 3D-modelleringsprogramma’s, waaronder 3ds Max, Cinema 4D, Blender en Maya.

Besturingssystemen: MacOS, Windows, Linux

Prijs: vanaf $750.

3D-modelleringssoftware met ingebouwde renderers

Autodesk Maya

Het is een van de krachtigste software voor 3D-modellering en een industriestandaard. Het is geschikt voor iedereen die professioneel betrokken is of wil zijn bij het maken van cartoons, films en games met een hoge mate van nauwkeurigheid en realistische weergave van objecten, met name karakteranimatie. Binnenin zit een enorm aantal gereedschappen voor kleur, licht, textuurbewerking, enz.

Besturingssystemen: Windows, Linux en MacOS

Prijs: vanaf 79.214 roebel per jaar, er is een gratis proefversie.

3Ds Max

Software voor professioneel gebruik, die geschikt is voor het maken van afbeeldingen met veel speciale effecten en het tekenen van fotorealistische materiële objecten. Deze software wordt ook gebruikt op het gebied van design en architectuur en kan als universeel worden beschouwd.

Besturingssystemen: Windows

Prijs: 9.791 roebel per maand.

Cinema 4D

Een professionele oplossing voor 3D motion design. In dit programma kun je personages en abstracte scènes maken met een hoge mate van fotorealisme. Met een enorm aantal verschillende gereedschappen is de interface van dit programma eenvoudig te begrijpen, zelfs voor beginners. Hiermee kun je fysieke effecten simuleren, animatiesjablonen en shaders gebruiken. Het programma is compatibel met populaire game engines.

En het is ook de software die wij bij VideoZayce kiezen om aan onze projecten te werken, want het is de populairste in motion design.

Besturingssystemen: Windows, Linux, MacOS

Prijs: vanaf 60.602,03 roebel per jaar.

Daz 3D

Een oplossing voor degenen die geen professionele 3D-tekenaar willen worden, maar wel geïnteresseerd zijn in dit vakgebied en willen proberen iets van zichzelf te maken. Binnenin zitten kant-en-klare modellen van objecten om aantrekkelijke scènes te maken – alles wat je nodig hebt om te creëren zonder te verzanden in technische zaken en te genieten van het proces. De rendering is van goede kwaliteit, de speciale effecten zijn meer dan voldoende en de verscheidenheid aan sjablonen verrast aangenaam.

Besturingssystemen: Windows

Prijs: gratis.

Neushoorn 3D

Krachtige software die oorspronkelijk werd ontwikkeld voor professioneel gebruik op technisch gebied en zelfs voor het ontwerpen van gebouwen. Geometrisch complexe oppervlakken, een hoog detailniveau, een module voor het werken met 3D juwelenmodellen en nog veel meer – daarom wordt deze software gewaardeerd.

Besturingssystemen: Windows, MacOS

Prijs: vanaf 84.400 roebel, met een gratis proefperiode.

Waar de rendersnelheid van afhangt

Renderen kan enkele seconden tot meerdere dagen duren. De snelheid van het proces hangt af van directe factoren (hardwarekracht) en indirecte factoren (complexiteit van modellen en scènes). Dit zijn de belangrijkste:

• CPU-kracht en/of prestaties van de videokaart;
• de taak van de 3D-kunstenaar en de doelen van het project (hoe fotorealistisch moet de afbeelding zijn);
• het aantal scènes dat verwerkt moet worden;
• gekozen detailniveau bij het maken van objectmodellen;
• textuurniveaus;
• het aantal gebruikte veelhoeken;
• de verlichtingsinstellingen in de scène en het aantal en de bronnen van de lichten;
• speciale effecten en alles wat extra belasting veroorzaakt tijdens het renderen, implementatie van rekenprocessen.

De snelheid van het proces kan worden beïnvloed in de modelleringsfase. Hier wordt uitgelegd hoe.

Hoe snelheid en kwaliteit van rendering in balans te brengen

Vaak hebben nieuwkomers op het gebied van 3D modelleren en renderen ofwel geen krachtige apparatuur die krachtig genoeg is om complexe en zeer realistische scènes te maken, of missen ze de snelheid van werken omdat ze weinig ervaring hebben. Tegelijkertijd wil je iets cools doen met je eigen handen en creatieve ideeën realiseren. Als jij dit bent, lees dan de tips hieronder.

Houd de verlichting gematigd. Voor driedimensionale interieurs is verlichting een belangrijke factor in het realisme. De scène overladen met onnodige lichtbronnen kan de compositie bederven.

Trouwens, als we verschillende producten fotograferen, gebruiken we vaak natuurlijk daglicht. En als die mogelijkheid er niet is en we een foto in een studio moeten maken, gebruiken we slechts drie lichtbronnen: hoofdlicht (strijklicht), invullicht en tegenlicht. Voor een meer natuurlijke look is matiging de sleutel.

Houd de lijnen zacht. Symmetrie, scherpe hoeken en rechte lijnen zijn de belangrijkste kenmerken van “neppe” afbeeldingen. Dit zijn manieren om de echte wereld te imiteren, in plaats van deze af te beelden zoals hij is. Laat je dus niet meeslepen door zulke elementen.

Ken je gereedschap en wees oplettend. Dat je speciale effecten tot je beschikking hebt, betekent niet dat je ze allemaal tegelijk moet gebruiken. Verkeerd en oneigenlijk gebruik van effecten of filters, zoals korrel en scherptediepte, is een typische beginnersfout. Kijk naar de ruimtes en objecten in de wereld om je heen en let bij het modelleren op hun oppervlakken en texturen. Probeer vast te leggen wat je ziet in plaats van te overdrijven.

Verminder het aantal veelhoeken. Werk aan het gebruik van minder polygonen om de geometrie van het model te behouden. Als er bijvoorbeeld delen zijn die niet zichtbaar zullen zijn na het renderen vanwege de camerahoek, of als er objecten/delen van objecten zijn die ver weg zijn van de virtuele camera, kunt u ze verbergen of een laag detailniveau gebruiken.

Met LOD (in het jargon van 3D-artiesten – LOD, van het Engelse level of detail) kun je dezelfde objecten op twee manieren weergeven – met weinig detail (voor de achtergrond) of met veel detail (voor de close-up).

Als we geen erg realistisch beeld nodig hebben en de hardware die we tot onze beschikking hebben staat ons niet toe om zo’n beeld te krijgen, dan kunnen we ons beperken tot een klein aantal polygonen bij het modelleren van personages (low-polygonal modelling). Hierdoor zal het detailniveau lager zijn, maar de processor zal niet bevriezen.

Een voorbeeld van zo’n low-poly video uit ons portfolio:

Bovendien daalt de LOD- en textuurresolutie van elk personage als de personages zich van de virtuele camera verwijderen. Ze “laten” als het ware polygonen vallen, waardoor ze gemakkelijker te verwerken zijn (real-time rendering). Dit wordt vaak gebruikt bij de ontwikkeling van mobiele games.

Gebruik verschillende LOD voor texturen. Textuurkwaliteit bij het weergeven van objecten kan hoog zijn (voor close-ups) of laag (voor objecten op afstand). Gebruik geen hoge textuurkwaliteit waar het niet gerechtvaardigd is en waar de kijker het niet zal opmerken.

Verminder het aantal objecten in een scène. Hoe meer objecten je in elke scène hebt, hoe meer speciale effecten en lichtbronnen je hebt en hoe meer tijd en rekenkracht het kost om een enkel frame te maken. Laat je dus niet meeslepen. Maak 20 bomen in plaats van 50, maak elke boom groter en je zult al tijd besparen bij het renderen.

Wat is een renderfarm en renderstation en waarom heb je ze nodig?

Een renderstation is een techniek die wordt gebruikt bij het werken met 3D-modelleringssoftware, renders en grafische editors. Zo’n machine is uitgerust met een krachtige processor en videokaart en stelt je in staat om met hoge snelheid te werken. Het is geschikt voor fotografen, ontwerpers, architecten en iedereen die professioneel werkt met afbeeldingen en video.

Een renderfarm is een verzameling computers die verbonden zijn in gemeenschappelijke netwerken (nodes) en gebruikt worden voor versnelde verwerking van grafische gegevens tijdens het renderen. Het aantal computers in dergelijke netwerken kan in de duizenden lopen. Renderfarms maken het mogelijk om maximale prestaties te bereiken door de kracht en rekencapaciteiten van een groot aantal machines tegelijkertijd te combineren.

Er zijn twee soorten renderfarms: voor privé (eigen) en commercieel gebruik. Privé renderfarms worden meestal gebruikt door freelancers en kleine studio’s wanneer ze hun eigen films en video’s produceren voor verschillende doeleinden en taken. In hun geval kunnen ze hiermee workflows aanzienlijk versnellen en complexe afbeeldingen verwerken, waardoor ze indrukwekkende resultaten behalen. Toegang tot dergelijke renderfarms is beperkt tot één persoon of organisatie.

Renderfarms voor commercieel gebruik zijn beschikbaar voor iedereen die bewerkte frames wil krijgen zonder de noodzaak om een eigen renderfarm uit te rusten en er dure krachtige apparatuur voor aan te schaffen. Door hun eigenaardigheden zijn zulke farms geschikt voor het renderen van video (animatie), maar niet voor statische afbeeldingen.

Ze zijn duur in gebruik: de prijs omvat onderhoud, reparatie en vervanging van apparatuur, het draaiende houden van koelsystemen, elektriciteitskosten en software.

De prijzen zijn afhankelijk van de bronnen die bij het werk betrokken zijn. In dit opzicht maken we onderscheid tussen CPU Rendering (wanneer de CPU en het RAM-geheugen betrokken zijn bij de berekening) en GPU Rendering (wanneer de rekenkracht op de videokaart rust).

Checklist: wat een beginner nodig heeft om aan de slag te gaan met 3D rendering

Om het je gemakkelijker te maken om door het onderwerp rendering te navigeren en te begrijpen waar je in de praktijk op moet letten, hebben we een checklist samengesteld – deze bevat de belangrijkste dingen uit dit gedetailleerde artikel.

Dus als je je eigen rendering wilt doen:

1. Leer de bijzonderheden van het proces. Wat gaat er vooraf aan rendering, in welk stadium komt rendersoftware erbij kijken, wat is belangrijk om te onthouden bij het instellen van rendering om een zeer realistisch en gedetailleerd beeld te krijgen, enz.
2. Leer de basistermen. Dit zijn methoden en types van rendering, kenmerken van het proces, functionaliteit van renderers die nodig zijn om de meeste scènes te maken.
   
   
3. Beslis op welke hardware je gaat renderen, gebaseerd op de doelen die je jezelf hebt gesteld toen je je verdiepte in renderen.
   
   
4. Kies een renderprogramma. Het is handig als je begint met 3D animatie- en modelleersoftware die al standaard renderers voorgeïnstalleerd heeft. Na verloop van tijd kun je er andere renderers in laden en zo de functionaliteit uitbreiden.
   
   
5. Begin met het verkennen van de mogelijkheden van renderen in de praktijk en maak je eerste projecten. De beste manier om dit te doen is om te tekenen op de wereld om je heen, probeer echte objecten na te bootsen – en als je hebt geleerd hoe je dit moet doen, kun je verder gaan met het maken van fictieve scènes.
   
   
6. Ontwikkel een scherp oog. Bezoek forums en blogs van 3D-kunstenaars, analyseer hoe verschillende videoclips, games en films bepaalde effecten hebben bereikt.

3D rendering is een technisch complex proces dat krachtige apparatuur vereist. Om het te realiseren en het gewenste resultaat te krijgen in de vorm van een afbeelding of een reeks afbeeldingen, moet je veel moeite en tijd steken in het verwerven van basiskennis en het beheersen van vaardigheden.

Het kan jaren duren om een professional te worden. En het is alleen gerechtvaardigd als iemand echt gepassioneerd is door 3D en niet geïntimideerd is door de technische kant van de zaak.

Als je snel een resultaat van hoge kwaliteit nodig hebt, bijvoorbeeld een kant-en-klare videopresentatie of een reclamefilmpje, of als je complexe technische processen van binnenuit wilt laten zien, is het veel gemakkelijker, goedkoper en sneller om het werk aan professionals toe te vertrouwen. Bijvoorbeeld aan ons 🙂

We zullen blij zijn als je dit artikel nuttig vond. Schrijf in de comments welke renderers jij gebruikt en waarom? Het is interessant om de ervaringen van collega’s te lezen.